西安交大科研人员实现荧光量子效率近100%铜基卤化物蓝光材料及其发光二极管

蓝光材料及其发光二极管在照明和显示中起着至关重要的作用。近年来，钙钛矿材料由于其制备工艺简单、载流子迁移率高、可全光谱调谐等优势而成为炙手可热的明星材料。近红外、红光和绿光钙钛矿发光二极管（PeLEDs）的外量子效率（EQE）已超过20%。然而，铅基钙钛矿材料均存在铅毒性、薄膜光致发光量子产率（PLQY）低及稳定性差等问题。近期，由于铜无毒、价格低廉、产量丰富等原因，基于铜基的卤化物发光材料大放异彩。比如，全无机铜基卤化物蓝光材料Cs3Cu2I5由于其PLQY高、稳定性好，得到广泛研究。然而，尽管Cs3Cu2I5单晶的PLQY高达90%，但是由于聚集态猝灭效应，导致其溶液法制备的薄膜PLQY仅为60%左右。因此，寻找新型无毒、高PLQY、高稳定性、易于制备的铜基卤化物蓝光材料迫在眉睫。

针对以上问题，吴朝新教授团队采用A位阳离子替换的方式，采用四乙基阳离子N(C2H5)4+作为A位离子，通过缓慢降温析晶的方式制备了[N(C2H5)4]2Cu2Br4单晶，发射天蓝光（PL发射峰为463 nm），其PLQY高达97%。通过一步旋涂法制备的多晶[N(C2H5)4]2Cu2Br4薄膜的PLQY也高达94.7%，是目前非铅蓝光材料中PLQY最高的记录之一。通过调节前驱物比例，可以将薄膜的PL发射峰调至深蓝光区（432 nm），且其相应的PLQY高达99%。通过理论计算与变温光谱测试等手段，揭示了其多通道的磷光发射机制。最终将其应用在电致发光器件中，得到了天蓝光和深蓝光的电致发光器件。这项工作为设计新型高效稳定的铜基卤化物蓝光材料提供了思路，同时为揭示其发光机制提供了具有参考价值的探讨。

该项研究工作以“荧光量子效率近100%无铅铜基卤化物蓝光材料及其发光二极管”（Near-unityblueluminancefromlead-freecopperhalides forlight-emittingdiodes）为题近期发表于国际期刊《纳米能源》（Nano Energy ）。第一作者为课题组博士生刘晓云，袁方助理教授、李璟睿特聘研究员和吴朝新教授为共同通讯作者。西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该工作得到科技部政府间国际科技创新合作重点专项、自然科学基金委项目、博士后面上项目等项目的支持，论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。吴朝新教授团队长期研究新型功能材料的“光-电”与“电-光”物理机制及其器件应用如太阳能电池与发光二极管。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521009150?via%3Dihub

吴朝新教授主页：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn